AFM在化学中的应用

在化学中的应用

许多化学反应是在电极表面进行的，了解这些反应过程，研究反应的动力学问题是化学家们长期研究的题目。吸附物质将于表面形成吸附层，吸附层的原子分子结构，分子间相互作用是研究表面化学反应的前提与基础。在超高真空环境下，科学家们使用蒸发或升华的方法将气态分子或原子吸附在基底（一般为金属或半导体）上，再研究其结构。在溶液中，原子分子将自动吸附于电极表面。在电位的控制下，吸附层的结构将有不同的变化。此种变化本身与反应的热力学与动力学过程有关，由此可以研究不同种类物质的相互作用及反应。电化学STM 在这一领域的研究中已有很好的成果。例如：硫酸是重要的化工原料，硫酸在活性金属表面（如铑、铂等）上的吸附一直是表面化学和催化化学中的研究热点。尽管有关硫酸吸附的研究报告已有很多，但是其在电极表面的吸附是否有序，结构如何，表面催化变化过程，硫酸根离子与溶液中水分子的相互作用，水分子在硫酸的吸附结构形成中的作用等，长期没有明确结论。利用电化学STM，我们在溶液中原位研究了这一体系的吸附及结构变化过程。研究发现，硫酸根离子在Rh(111)以及Pt(111)等表面与水分子共同吸附，水分子与硫酸根离子通过氢键结合形成有序结构。基于实验结果，我们提出了硫酸根离子与水分子菜吸附的理论并给出了模型。

利用电位控制表面吸附分子是电化学STM 在化学研究中的又一成功应用范例。利用此技术，可以控制表面吸附分子在材料表面的结构及位向等。例如控制分子与基底平行的取向变为与基体垂直的取向。这种取向变化完全可逆，且只受电位影响，其行为类似于原子分子开关。这一研究为原子分子器件的发展提供了新的途径。光电反应是涉及到生物、化学、环境、电子等众多学科的一类常见的重要化学反应，利用电化学STM 可以跟踪监视光电化学反应过程，研究反应物分解与转化的微观机制，如分子吸附层结构，分子间的相互作用，分子分解，以及生成物的结构等。现已受到众多领域学者的重视。

总之，用STM 技术研究表面化学反应已获得了许多成功，并展现了极具魅力的广阔前景。在未来的研究中，肯定会有更多的实验结果问世。